有人宇宙飛行を支援するために、人工重力下でのベッドレストとサイクリングがどのようにテストされているか

フランスからの12人は、微小重力が宇宙飛行士に与える影響と、人工重力下でのサイクリングが有人宇宙飛行が身体に及ぼす悪影響に対抗できるかどうかを研究するため、2か月間「強制的に横たわった生活」に置かれる。 人工重力を利用したベッドレストとサイクリング演習 (BRACE) は、欧州宇宙機関 (ESA) とフランス宇宙機関 (CNES) が主導しており、ヨーロッパ初のサイクリングを伴うベッドレスト研究となります。

このプロジェクトにはフランスのボランティアから 3,000 件の関心表明が集まりましたが、広範な選考プロセスを経て 12 名が選ばれ、現在、片肩を常にマットレスに触れ、水平線より 6 度下に傾けた状態で 60 日間ベッドで準備をしています。科学の名の下に、彼らは足を上げています。

NSFは、ESAの人間およびロボット探査における生命科学の責任者であるアンジェリーク・ヴァン・オンバーゲン博士と対談し、BRACEとは何か、そしてそれが有人宇宙飛行にどのような利益をもたらすのかについて話し合いました。

ブレースとは何ですか?

有人宇宙飛行ミッションの数が年々増加する中、微小重力が人体に及ぼす生理学的影響を研究することは、宇宙飛行士の健康を維持するために最も重要になっています。

アンジェリーク・ヴァン・オンバーゲン博士は、「ベッドに長時間寝かせ、下に6度傾けることで、宇宙飛行士が宇宙で見せているのと同じようなプロセスが人体に引き起こされる」と語った。

🥱 今日はベッドから出るのが難しいですか?

🛌 12 人のボランティアは、サイクリングや遠心分離機での回転中、丸 2 か月間、トイレ休憩さえもベッドから離れません。 🚴‍♂️🔄

この先駆的なベッドレスト研究は 🧑‍🚀 と 👴 に役立ちます: https://t.co/a4cq2yaUmB

📸@Medes_IMPS pic.twitter.com/CtSPKNKdC5

— ESA (@esa) 2023年5月27日

ボランティアは 3 つのカテゴリーのいずれかに参加します: ずっとベッドに居る、1 日 30 分のサイクリング以外はベッドに居る、または 1 日 30 分の人工重力遠心分離機でのサイクリング以外はベッドに居る。 食事、トイレ休憩、シャワーまですべて横になって行います。

ベッドレストの研究は新しいものではありませんが、ここ数年でさらに注目を集めています。 実際、2021 年 11 月に NASA は、さらなるベッドレスト研究を支援するために、ドイツのドイツ国立航空宇宙センター (DLR) に 4,990 万ドルを授与しました。

この最新のプロジェクトは、2019年に実施された同様のプロジェクトに続くもので、ESA、NASA、ドイツは宇宙での人体の劣化に影響を与えるかどうかをテストするために、人工重力を使った史上初のベッドレスト研究を完了した。 BRACEと同様に、以前の研究では、参加者を回転する人工重力遠心分離機に1日30分間置き、回転が微小重力の悪影響に対抗できるかどうかを判断した。 Van Ombergen博士は、プロジェクトの暫定結果は期待されたほど有益ではなかったが、BRACEがより良い結果を生み出す可能性があると信じていると述べた。

「このBRACE研究は基本的に、サイクリングのみと比較して人工重力とサイクリング運動の組み合わせを調べ、人工重力の補助的な効果があるかどうかを確認し、そのような効果があるかどうかをよりよく理解するという意味での追跡調査です。これは、宇宙飛行中の生理学的変化の一部を模倣する、ベッドレストで見られる望ましくない変化から[宇宙飛行士を]救う潜在的な追加の利点または利益になる可能性があります」とヴァン・オンバーゲン博士は述べた。

壁掛け自転車のカテゴリーにボランティアとして登録されました。 (クレジット: ESA)

人工重力遠心分離機なしで自転車を使用するように割り当てられた参加者は、1日1回ベッドから出され、壁に取り付けられた装置の上で30分間自転車を漕ぎます。 人工重力に割り当てられた参加者はベッドから引き上げられ、遠心分離機内に横たわって30分間回転させられ、血液を足元に向かって流し、重力を2倍にします。

「私たちはボランティアたちに、自転車に最大限の努力をして、まったく自転車に乗らない人たちとその影響を比較することを奨励しています」と、フランスのトゥールーズにある宇宙医学生理学研究所 MEDES の臨床研究責任者、レベッカ・ビレット氏は説明する。 。

この研究にはヨーロッパの14の異なる科学チームが参加し、フランスのMEDES Space Clinicで行われている。

「毎日の運動習慣がさまざまな生理学的要因に及ぼす影響を比較する予定です」とビレット氏は付け加えた。

BRACEの研究がフランスで始まる。 (クレジット: ESA)

ベッドレストと有人宇宙飛行

長期間のベッドレストは、無重力状態に対する体の反応を模倣する効果的な方法として宣伝されてきました。 ベッドレスト中のいくつかの身体変化は、頭部への血液の流れ、体液の変化、骨や筋肉の減少など、空間内でも同様です。 NASA によると、重力によって脚に血流が引き寄せられないと、宇宙飛行士の頭は体液で満たされ、頭部膨満鳥脚症候群を引き起こすという。

「私たちは、国際宇宙ステーション（ISS）で宇宙飛行士が行うフィットネスルーチンへの人工重力の付加価値を理解したいと考えています。乗組員は軌道上で1日2時間運動します。それ（人工重力）は、より健康な体のための効果的な解決策になる可能性があります」技術的な課題を克服できれば、長期にわたる宇宙ミッション中に実現できるだろう」とヴァン・オンバーゲン博士は語った。

読むには: 12 人のボランティアのグループが現在、#Toulouse の @Medes_IMPS 宇宙クリニックでの BRACE ベッド上安静研究に参加しています。

研究は88日間続き、そのうち60人は-6度の傾斜、つまり頭が足よりも低い姿勢で横たわった。

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—ESA フランス (@ESA_fr) 2023 年 5 月 23 日

地球上でこれらのベッドレストテストを実施する主な利点は、コストが大幅に削減されることです。

「制約やロジスティクスがはるかに少なく、アップロードやダウンロードなどについて考える必要がありません。質量について考える必要がなく、より短い時間でより多くの被験者をテストできます。 「もちろん、生物医学研究では非常に重要です。対策をテストまたは検証し、その後宇宙でテストすることができます。したがって、実際の宇宙ミッションに情報を提供するために、これらの地上調査を行うことには多くの利点があると思います」とヴァン・オンバーゲン博士は述べた。

ただし、ベッドレストは空間内で人体をうまく表現しますが、その効果は限られています。

「地球上の被験者を長期間ベッドに寝かせると、骨や筋肉が使われなくなり、それが老化の原因になります。しかし、重力はまだ存在しています」と彼女は言う。 「宇宙では、宇宙飛行士は実際に非常に活発に活動していますが、筋肉に作用する重力や骨の代謝に影響を与える重力がないため、筋肉や骨は劣化していきます。」

アメリカ生理学協会が2016年に発表した「微小重力の類似物としての長時間床上安静」と題した研究では、著者らは、宇宙空間に比べて床上安静では体表面積の多くが圧縮されていると指摘した。

ボランティアは60日間の安静中に厳しい検査を受ける。 (クレジット: MEDES)

「実際の微小重力環境では、体表面積全体の外部からの圧縮は最小限ですが、ベッドで安静にしていると、体表面積のより大きな組織がより多く圧縮されます。この大きな圧縮により、組織の圧力が上昇し、おそらく間質性物質が増加するため、体重がかかる部分が脱水状態になります。」微小循環に流れ込む」と論文は説明した。

これらの警告にもかかわらず、ヴァン・オンバーゲン博士は、ベッドレストは依然として有人宇宙飛行に利益をもたらす可能性のある技術を検証する強力なモデルであると述べた。

ベッドの上での60日間の浮き沈み

ヴァン・オンバーゲン医師によると、ボランティア12人は2か月間人間モルモットとして扱われ、一日中つつかれたり突かれたりされることになる。 ESAとCNESは、参加者を見つけるために精力的なプロセスを経て、特定の神経疾患、骨疾患、または筋肉疾患を患っている可能性のある参加者を除外しました。

選択の主な基準は、ボランティアは20歳から45歳までの男性で、BMIが20から27の間で健康な体型で、非喫煙者でなければならないということでした。

60 日間を開始すると、各参加者はサイクリング、人工重力サイクリング、ベッドレストのいずれかのカテゴリに分類されます。 参加者には、自分たちが受けるであろう内容についての詳細な情報が与えられるが、参加者がどのカテゴリーに分類されるかは完全にランダム化されるため、これは心理的に困難になる可能性があるとヴァン・オンバーゲン博士は述べた。

2019 年の研究における DLR の人工重力遠心分離機。 (クレジット: DLR)

ヴァン・オンバーゲン博士によると、参加者は非常に標準化されたルーチンに従うことになるという。 「彼らは毎日同じ時間に起こされ、同じ時間に食事を摂ります。彼らの食事は非常に標準化されており、そこに含まれる栄養素の観点から測定されます。彼らは以下のことを行う必要があります。」十分な栄養素を確実に摂取できるように、その食物の特定の部分を食べてください」と彼女は言いました。

食べ物を食べ終わったときでも、チームは皿に何が残っているかを計算して、体に入ったものを最も正確に分析し、結果に影響を与えます。

2つのグループの30分間の運動以外には、筋生検、尿サンプル、体組成をチェックするためのスキャン、血圧、心拍数、栄養素の吸収、エネルギー消費をチェックするためのデータ収集などの検査を受けることで一日が満たされることになる。 、骨量、気分。

参加者には自分の時間が与えられるが、ヴァン・オンバーゲン博士はそれは難しいと断言する。 参加者には、退屈をしのぐために、新しい言語を学ぶ、オンラインで授業を受けるなどの目標を設定することが推奨されます。

ボランティアは、無重力の感覚を模倣するために 6 度傾けたベッドレストに置かれました。 (クレジット: DLR)

「身体的な観点から見ると、長時間ベッドに横たわっていると、ある程度機能が低下しており、迷惑なことや不快なこと、場合によっては痛みを感じることもあります。同時に、次のことも求められています。すべての調査に参加する必要がありますが、時には非常に侵襲的であったり、少し痛みを伴う場合もあります」とヴァン・オンバーゲン博士は言います。

2024 年の初めに、ESA と CNES はさらに 12 人の参加者を対象に同じ研究の第 2 部を実施する予定です。 その後、政府機関は合計 24 人を分析することになる。 次のプロジェクトは、振動運動と人工重力の組み合わせに焦点を当てた、スロベニアでの別の60日間の研究になるとESAは説明した。

60日後、参加者は14日間の就寝後の回復とモニタリングを受けます。 研究は4月4日に始まり、7月初旬に終了する予定だ。

(リード画像: 人工重力遠心分離機に置かれた BRACE ベッドレスト ボランティア。クレジット: ESA)